[发明专利]用于调谐差分电路的开关电容器装置

说明书

公开了一种用于调谐差分电路的开关电容器装置(200)。开关电容器装置(200)包括第一节点(211)，第二节点(212)和第三节点(213)。开关电容器装置(200)还包括耦接在第一节点(211)和第二节点(212)之间的第一电容器(C1)、耦接在第二节点(212)和第三节点(213)之间的第二电容器(C2)以及第一开关支路，第一开关支路包括耦接在第二节点(212)和信号地节点之间的第一开关(S1)。第一开关(S1)具有接通状态和断开状态。第一节点(211)和第三节点(213)被配置为连接到差分电路的相应差分节点(Vtank，‑Vtank)。开关电容器装置(200)被配置为通过控制第一开关(S1)的状态来调谐差分电路。

技术领域

本文的实施例涉及用于调谐差分电路的开关电容器装置。特别地，本文的实施例涉及差分数控振荡器的数字频率调谐、数字时间转换器的时延调谐以及电子设备中的差分数控滤波器的频率调谐，电子设备例如是频率合成器、收发机、无线通信设备、基站、移动终端。

背景技术

无线通信系统通常包含收发机，收发机包括接收机和发射机。发射机通常将基带信号上变频为射频(RF)信号以进行传输，以及接收机将接收的RF信号下变频为基带信号以进行处理。这种频率转换需要产生可靠的混频信号，通常称为本地振荡器(LO)信号，用于在无线通信设备中的RF集成电路中使用。频率合成器中的锁相环(PLL)通常用于提供这种混频信号。

较为强烈趋势在于频率合成器中更多数字架构用于收发机中的本地振荡器生成。一些好处是增加了使用自适应数字滤波器在不影响信号质量的情况下获得更快的频率变化的机会以及使用数字信号处理来减轻各种损毁和干扰的影响的可能性。对于需要低相位噪声的类似蜂窝通信系统中的收发机等高性能应用，可以使用全数字锁相环(ADPLL)。

ADPLL的关键构建模块是数控振荡器(DCO)。对于高性能应用，使用具有电感器和电容器(LC)谐振回路的振荡器，其通常为差分类型，因为差分信号在集成电路中是优选的。DCO和在常规PLL中使用的压控振荡器(VCO)之间的关键区别在于DCO具有数字频率控制输入而不是频率控制电压输入。该数字输入将通过改变LC谐振回路中的有效电容来控制频率。这是通过数控开关晶体管装置选择性地将电容器组连接到谐振回路来实现的。当电容器连接到振荡器谐振回路时，频率将逐步降低。在操作中，这些步长(step)必须非常小，以免降低信号质量。非常小的频率步长对应于要开关的极小电容，例如1aF。此外，必须能够覆盖大的频率范围而没有不切实际的大量的步长。因此通常使用若干个电容器调谐组，具有不同的范围和分辨率。图1示出现有技术DCO 100的一个实例。DCO 100包括负电阻电路110，负电阻电路110包括交叉耦接的差分晶体管对，以产生负电阻来补偿LC谐振回路储能损耗以产生振荡。LC谐振回路包括电感器L_tank和若干电容器组120、130、140，用于对由相应的数字控制字F0，...Fn1，M0，...Mn2，C0，...Cn3控制的频率进行微调、中等调谐和粗调。

在电容器组中获得足够精细的频率分辨率以进行频率微调是一项挑战。通常，所需的电容步长小于工艺设计套件中的最小电容器。为了获得这样小的电容步长，由此在LC谐振回路处看到的有效电容步长必须远小于切换的实际电容。这可以按照不同方式实现，例如在开关电容器之前使用电容分压器以降低开关电容器内部的信号能量。利用较少的能量，开关电容器将提供较低的有效电容。问题是这种分压器将使用大尺寸元件来充分衰减信号，即需要大电容器来实现足够高的衰减。

还有一种技术使用可调电容源退化进行精细频率调谐，如在L.Fanori等的“3.3GHz DCO with a frequency resolution of 150Hz for All-digital PLL(频率分辨率为150Hz用于全数字PLL的3.3GHz DCO)”(IEEE ISSCC，pp.48-49，2010)中所讨论的。在该解决方案中，微调电容器组耦接在DCO中的差分对晶体管的源极端子之间。尽管该技术为微调电容器提供衰减电压，但它降低了差分对晶体管的跨导，从而也降低了DCO的重要环路增益。此外，频率调谐灵敏度是非线性的并且取决于晶体管参数。